Download pdf - Συστήματα Ψηφιακών Ηλεκτρονικών Θεωρία ΚΕΦ (4) Βιβλίο Μικροϋπολογιστών

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4ΔΟΜΗ & ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΜΙΚΡΟΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ

ΣΥΝΔΕΣΗ ΜΙΚΡΟΕΠΕΞΕΡΓΑΣΤΩΝΚΑΙ ΜΙΚΡΟΕΛΕΓΚΤΩΝ

o 4.1 Ακροδέκτες και συνδέσεις μ/Ε & μ/ΕΛ.n 4.1.1 Πολυπλεξία διαδρόμων.

o 4.2 Προσπέλαση συσκευών εισόδου – εξόδου.n 4.2.1 Θύρες εισόδου – εξόδου.n 4.2.2 Διευθυνσιοδότηση συσκευών εισόδου – εξόδου.n 4.2.3 Τρόποι προσπέλασης συσκευών εισόδου –εξόδου.

o 4.3 Διακοπές.n 4.3.1 Πλεονεκτήματα της μεθόδου των διακοπών.

o 4.4 Λειτουργία απευθείας προσπέλασης μνήμης.o 4.5 Είσοδος και έξοδος ψηφιακών δεδομένων σεμ/Ε.n 4.5.1 Είσοδος δεδομένων.n 4.5.2 Έξοδος δεδομένων.

12/2/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ1708

3

4.1 Ακροδέκτες & συνδέσεις μ/Ε & μ/ΕΛ

o Ο μ/Ε είναι ένα Ο.Κ το οποίο συνδέεται μέσωακροδεκτών (pins) σε μία πλακέτα με Ο.Κ(integrated circuit board).

o Οι ακροδέκτες χρησιμοποιούνται για :o Την επικοινωνία με τα υπόλοιπα Ο.Κ τουυπολογιστικού συστήματος.

o Την παροχή τροφοδοσίας και γείωσης.


5

4.1 Ακροδέκτες & συνδέσεις μ/Ε & μ/ΕΛ

o Εκτός από αυτούς τους ακροδέκτες μπορεί ναυπάρχει και ένα σήμα εξόδου με το όνομα IO/M(Input – Output / Memory).

o Το σήμα αυτό δείχνει αν θα εκτελεστείλειτουργία ανάγνωση ή εγγραφή σε μνήμη ή σεσυσκευή εισόδου – εξόδου.

o Χρησιμοποιείται μόνο όταν ο μ/Ε χρησιμοποιείξεχωριστό χώρο διευθύνσεων εισόδου – εξόδουαπό εκείνο της μνήμης.


6

4.1.1 Πολυπλεξία διαδρόμων

o Το πλήθος των ακροδεκτών του μ/Ε καθορίζει τοκόστος κατασκευής του Ο.Κ και ολόκληρου τουσυστήματος.

o Για να μειώσουμε το κόστος θα πρέπει να μειώσουμετον αριθμό των ακροδεκτών.

o Η πλειοψηφία των ακροδεκτών είναι διευθύνσεις καιδεδομένα.

o Για να μειώσουμε τους ακροδέκτες θα πρέπει κάποιοι ήκαι όλοι οι ακροδέκτες των διευθύνσεων ναχρησιμοποιούνται και για τα δεδομένα.


7

4.1.1 Πολυπλεξία διαδρόμων

o Για να γίνει αυτό θα πρέπει να μην υπάρχουνταυτόχρονα στους ακροδέκτες αυτούς καιδιευθύνσεις και δεδομένα.

o Η τεχνική που μας βοηθάει για ναχρησιμοποιούνται οι ίδιες γραμμές σεδιαφορετικές χρονικές στιγμές για διαφορετικόσκοπό ονομάζεται πολυπλεξία (multiplexing).

Οι γραμμές διευθύνσεων Α0-Α3 πολυπλέκονται με τις γραμμέςδεδομένων D0-D3 με την χρησιμοποίηση ενός απομονωτή.

Οι γραμμές αυτές ονομάζονται AD0-AD3.

Όταν υπάρχουν σήματα διευθύνσεων τότε με το σήμαενεργοποίηση περνάνε στον διάδρομο διευθύνσεων.

Όταν υπάρχουν σήματα δεδομένων τότε ο απομονωτήςαπομονώνει τον διάδρομο διευθύνσεων και τα σήματα πάνεστον διάδρομο δεδομένων.

Μέσα στο Ο.Κ η πολυπλεξία γίνεται με πολυπλέκτες 2 σε 1.


10

4.2 Προσπέλαση συσκευών εισόδου -εξόδου

o Λειτουργία εισόδου – εξόδου ονομάζεται η μεταφοράδεδομένων μεταξύ μ/Ε, μνήμης και μονάδων εισόδου –εξόδου.

o Η λειτουργία αυτή διαφέρει από την επικοινωνία τουμ/Ε με την μνήμη στα ακόλουθα σημεία :

o Η μνήμη δεν ζητάει από το μ/Ε εξυπηρέτηση. (ο μ/Εδιαβάζει και γράφει δεδομένα χωρίς να το ζητήσει ημνήμη). Αντίθετα οι μονάδες Ι/Ο ζητάνε εξυπηρέτηση.

o Η μνήμη είναι ενιαία. (για να την προσπελάσει ο μ/Εχρησιμοποιεί την διεύθυνση). Για μία συσκευή Ι/Ο ο μ/Εθα πρέπει να γνωρίζει ποια συσκευή είναι για να τηνεξυπηρετήσει.


11

4.2.1 Θύρες εισόδου – εξόδου.o Η επικοινωνία μεταξύ του μ/Ε και των συσκευώνεισόδου – εξόδου (Ι/Ο) πραγματοποιείται με τηνβοήθεια θυρών εισόδου – εξόδου.

o Οι θύρες είναι καταχωρητές, ή στην απλούστερημορφή η θύρα εισόδου είναι ένας απομονωτής (buffer)τριών καταστάσεων για κάθε δυαδικό ψηφίο.

o Ενώ η θύρα εξόδου ένας μανδαλωτής ή flip – flop, γιακάθε δυαδικό ψηφίο.

o Υπάρχουν πολλά Ο.Κ εισόδου – εξόδου για απλές καισύνθετες εργασίες, συνήθως είναι προγραμματιζόμεναγια να διαμορφώνονται οι θύρες ως είσοδο ή έξοδο ήδιπλής κατεύθυνσης.

4.2.1 Θύρες εισόδου – εξόδου.


13

4.2.2 Διευθυνσιοδότηση συσκευώνεισόδου - εξόδου

o Οι θύρες εισόδου – εξόδου μπορούν ναπροσπελαστούν με δύο τρόπους :

o Ως κοινές θέσεις μνήμης. Δηλαδή με απεικόνισημνήμης (memory mapped).

o Με ειδικές εντολές. Εντολές εισόδου εξόδου(isolated I/O).


14


o Είσοδος έξοδος με ειδικές εντολές.o Η μεταφορά των δεδομένων γίνεται χρησιμοποιώνταςδύο ειδικές εντολές, οι οποίες στην συμβολική γλώσσαονομάζονται συνήθως IN και OUT. Η διακίνηση τωνδεδομένων γίνεται μέσω του συσσωρευτή.

o Με την εντολή εισόδου το περιεχόμενο του καταχωρητήτης θύρας μεταφέρεται στο συσσωρευτή, ενώ με τηνεντολή εξόδου συμβαίνει το αντίθετο.

o Κατά την μεταφορά, η διεύθυνση της θύρας μπαίνει στοδιάδρομο διευθύνσεων.


15


o Οι εντολές IN – OUT απομονώνουν τη μνήμηαπό τις θύρες εισόδου – εξόδου και δενεπηρεάζει το ένα το άλλο.

o Δηλαδή οι διευθύνσεις των θυρών δεναποτελούν τμήματα των διευθύνσεων τηςμνήμης.

o Για αυτό το λόγο στον διάδρομο ελέγχου έχουμεκαι σήματα που μας πληροφορούν αν ηπροσπέλαση γίνεται στην μνήμη ή σεπεριφερειακή συσκευή.


16


o Είσοδος – έξοδος με απεικόνιση μνήμης.o Δεν είναι πάντα απαραίτητο να έχουμε ξεχωριστέςεντολές εισόδου – εξόδου, σε πολλούς μ/Ε οι εντολέςπου χρησιμοποιούνται για την ανταλλαγήπληροφοριών μεταξύ μ/Ε και μνήμης μπορούν ναχρησιμοποιηθούν και για είσοδο – έξοδο.

o Στην περίπτωση αυτή, οι θύρες σχεδιάζονται έτσι ώστενα συμπεριφέρνονται ως διευθύνσεις μνήμης.

o Οι καταχωρητές που χρησιμοποιούνται για είσοδο –έξοδο αντιστοιχούν σε θέσεις μνήμης.


17


o Πλεονεκτήματα :o Οι εντολές αναφοράς στην μνήμη μπορούν ναχρησιμοποιηθούν και για είσοδο – έξοδο.(μπορούν να γίνουν πράξεις με τα περιεχόμεναμιας θύρας Ι/Ο χωρίς να χρησιμοποιηθούνπροσωρινοί καταχωρητές).

o Οι περισσότεροι καταχωρητές το μ/Ε μπορούννα ανταλλάξουν πληροφορίες με συσκευές Ι/Ο.(σε αντίθεση με την άλλη μέθοδο πού μόνο οσυσσωρευτής μπορούσε).


18


o Μειονεκτήματα :o Μειώνεται το πλήθος των θέσεων μνήμης πουμπορεί να χρησιμοποιήσει ο μ/Ε.

o Οι εντολές προσπέλασης στην μνήμη είναισυνήθως μεγαλύτερες (σε μήκος bytes) από τιςεντολές Ι/Ο. Έτσι το μήκος του προγράμματοςαυξάνει.


19

4.2.3 Τρόποι προσπέλασηςσυσκευών Ι/Ο

o Οι τρόποι με τους οποίους μπορεί ναεπικοινωνήσει ο μ/Ε και η μνήμη με τιςσυσκευές εισόδου – εξόδου (Ι/Ο) είναι :

o Ελεγχόμενη από το πρόγραμμα.o Με χρήση διακοπών.o Χρησιμοποιώντας ειδικό επεξεργαστή.


20


o Είσοδος – έξοδος ελεγχόμενη από πρόγραμμα.o Η μεταφορά των δεδομένων βρίσκεται κάτω απόσυνεχή παρακολούθηση και τον έλεγχο του μ/Ε.

o Μια λειτουργία Ι/Ο γίνεται μόνο όταν κατά την εκτέλεσηενός προγράμματος υπάρχει μια εντολή Ι/Ο.

o Πριν γίνει η μεταφορά των δεδομένων ελέγχεται αν ηπεριφερειακή συσκευή είναι σε θέση να επικοινωνήσειμε τον μ/Ε.

o Αυτό γίνεται ελέγχοντας τα bits του καταχωρητήκατάστασης (σημαίες).


21


o Η εξέταση των bits ονομάζεται περιόδευση(polling), ενώ το πρόγραμμα πουχρησιμοποιείται ονομάζεται βρόγχοςπεριόδευσης (polling loop).

o Το πρόγραμμα ελέγχει διαδοχικά όλες τιςσυσκευές πού είναι συνδεδεμένες στο διάδρομοδεδομένων και εξετάζει αν κάποιες από αυτέςζητούν εξυπηρέτηση.

4.2.3 Τρόποι προσπέλασης συσκευών Ι/Ο


23


o Πλεονεκτήματα :o Απαιτείται ελάχιστο υλικό και καμίαεξειδικευμένη γραμμή.

o Είναι σύγχρονη με την εκτέλεση τουπρογράμματος. Δηλαδή ο προγραμματιστήςγνωρίζει πότε θα ερωτηθεί μια συσκευή.


24


o Μειονεκτήματα :o Πρακτικά οι περισσότερες συσκευές δεν θαχρειάζονται εξυπηρέτηση. Ελέγχονται όλες –καθυστέρηση.

o Το χρονικό διάστημα μεταξύ της στιγμής πουμία συσκευή Ι/Ο είναι έτοιμη και της στιγμήςκατά την οποία θα εξυπηρετηθεί δεν είναισυγκεκριμένο.

4.3 Διακοπέςo Σε πολλές περιπτώσεις ένα σημαντικό μέρος ή καιολόκληρος ο χρόνος του μ/Ε καταναλώνεται στηνεξυπηρέτηση περιφερειακών συσκευών.

o Αυτή η συνεχής παρακολούθηση της προηγούμενηςμεθόδου μέσω προγράμματος έχει μια χρονικήεπιβάρυνση, η οποία είναι τόσο μεγαλύτερη όσομεγαλύτερη είναι η συχνότητα με την οποία ζητούν ναεξυπηρετηθούν οι περιφερειακές συσκευές.

o Οι διακοπές επιτρέπουν στον μ/Ε να ασχοληθεί με τηνεκτέλεση του κυρίως προγράμματος.

o Ασχολείται με την εξυπηρέτηση μιας περιφερειακήςσυσκευής μόνο όταν αυτή το ζητήσει.

INTERNET

http://en.wikipedia.org/wiki/Interrupt


26

4.3.1 Πλεονεκτήματα της μεθόδουτων διακοπών

o Όταν μια περιφερειακή συσκευή χρειασθείεξυπηρέτηση, έχει τη δυνατότητα να ειδοποιήσει το μ/Εενεργοποιώντας κάποιο ακροδέκτη του (int, interrupt,είσοδος διακοπής).

o Ο μ/Ε απαντώντας στην αίτηση για εξυπηρέτηση,διακόπτει το πρόγραμμα που εκτελείται εκείνη τηστιγμή και εκτελεί μία υπορουτίνα, που έχει γραφεί γιατην εξυπηρέτηση της συσκευής αυτής. (υπορουτίναεξυπηρέτησης διακοπής).

o Όταν ολοκληρωθεί η εκτέλεση της υπορουτίνας, τοπρόγραμμα συνεχίζεται από εκεί που διακόπηκε.


27


o Προτεραιότητα διακοπών.o Συνήθως ένας μ/Ε έχει περισσότερες από μιαπεριφερειακές συσκευές γι’ αυτό και διαθέτειπερισσότερες από μια εισόδους διακοπής. Επίσης,πολλές συσκευές μπορούν να είναι συνδεδεμένες σεμία κοινή γραμμή διακοπής.

o ΑΡΑ θα πρέπει να καθοριστεί μια σειράπροτεραιότητας για την περίπτωση που περισσότερεςαπό μία συσκευές ζητήσουν ταυτόχρονα εξυπηρέτηση.

o Η προτεραιότητα καθορίζεται από το σχεδιαστή του μ/Εκαι συνήθως δεν μπορεί να μεταβληθεί.


28


o Ενεργοποίηση και απενεργοποίησημηχανισμού διακοπών.

o Ορισμένες φορές, σε ένα πρόγραμμα πουεκτελείται στο μ/Ε υπάρχουν κάποια κρίσιματμήματα τα οποία θα πρέπει να εκτελεστούνχωρίς διακοπές. Π.Χ. όταν υπάρχουν χρονικοίπεριορισμοί για την ολοκλήρωση της εκτέλεσηςενός προγράμματος.

o Στην περίπτωση αυτή θα πρέπει νααπενεργοποιηθούν οι διακοπές.


29


o Όταν συμβεί αυτό ο μ/Ε αγνοείοποιαδήποτε αίτηση διακοπής μέχρι ομηχανισμός των διακοπών ναενεργοποιηθεί και πάλι.

o Η ενεργοποίηση και απενεργοποίησηγίνεται με ειδικές εντολές που πρέπει ναενσωματωθούν στα κατάλληλα σημείαενός προγράμματος.


30


o Άλλες φορές, δε χρειάζεται νααπενεργοποιηθούν όλες οι διακοπές αλλάνα παρεμποδιστούν επιλεκτικά κάποιεςαπό αυτές.

o Τότε θέτουμε όπως λέμε μάσκα διακοπώνσε όλες ή σε κάποιες εισόδους διακοπών.

o Η τοποθέτηση ή αφαίρεση της μάσκαςγίνεται με ειδικές εντολές, έτσι τηνευθύνη για το ποιες θα παρεμποδιστούνκαι το πότε την έχει το πρόγραμμα.


31


o Διαδικασία εξυπηρέτησης διακοπής.1. Ολοκληρώνεται η εντολή την οποία εκτελούσε ο μ/Ε.2. Απενεργοποιούνται όλες οι διακοπές.3. Σώζεται στην στοίβα η κατάσταση του μ/Ε (οαπαριθμητής προγράμματος και ο καταχωρητήςκατάστασης).

4. Εκτελείται η υπορουτίνα εξυπηρέτησης διακοπής.5. Ανακτάται ή κατάσταση του μ/Ε από τη στοίβα καιεπιστρέφεται ο έλεγχος στο πρόγραμμα στην επόμενηεντολή από εκείνη που είχε τελευταία εκτελεστεί.


32


o Ένας μ/Ε είναι δυνατόν να εκτελείταυτόχρονα περισσότερα από έναπρογράμματα.

o Με τον όρο ταυτόχρονα δεν εννοούμε τηνίδια χρονική στιγμή, αλλά ταπρογράμματα βρίσκονται στην μνήμη καιο μ/Ε επιλέγει και εκτελεί πότε το ένα καιπότε το άλλο.


33


o Π.Χ ένα μικρουπολογιστικό σύστημα έχει δύοπρογράμματα στην μνήμη Α και Β.

o Ξεκινά η εκτέλεση του προγράμματος Α.o Σε κάποια στιγμή είναι απαραίτητο να εκτελεστεί τοπρόγραμμα Β.

o Η μεταφορά του ελέγχου στο πρόγραμμα Β απαιτεί ομετρητής του προγράμματος PC να φορτωθεί με τηδιεύθυνση έναρξης του προγράμματος Β.

o Αν μετά την ολοκλήρωση του Β το Α είναι αναγκασμένονα ξαναρχίσει από την αρχή, τότε τα αποτελέσματαπου είχαν υπολογισθεί θα χαθούν.


34


o Άρα η κατάσταση του μ/Ε θα πρέπει νααποθηκευτεί πριν την διακοπή για να μπορέσειη επεξεργασία να προχωρήσει χωρίς να χαθούντα αποτελέσματα.

o Μερικές από τις πληροφορίες που περιλαμβάνειη κατάσταση του μ/Ε είναι :

o Τα περιεχόμενα του μετρητή προγράμματος,του συσσωρευτή, του καταχωρητή κατάστασης,και των καταχωρητών γενικού σκοπού.


35


o Η αποθήκευση της κατάστασης του μ/Επραγματοποιείται με την βοήθεια της στοίβας (stack).

o Η στοίβα αποτελείται από ένα σύνολο θέσεων στηνμνήμη RAM.

o Για να κρατάμε τη διεύθυνση μιας θέσης μέσα στηνστοίβα είναι απαραίτητος ένας δείκτης στοίβας (stackpointer).

o Είναι κατασκευασμένος με τέτοιο τρόπο ώστε δεδομένανα διαβάζονται με την αντίστροφή σειρά από εκείνη μετην οποία γράφτηκαν.


36

4.4 Λειτουργία απευθείαςπροσπέλασης μνήμης

o Αν ο ρυθμός μεταφοράς δεδομένων από και προς μιαπεριφερειακή συσκευή είναι σχετικά χαμηλός, τότε ηεπικοινωνία μπορεί να εκτελεστεί με είσοδο – έξοδοελεγχόμενη με πρόγραμμα ή χρήση διακοπών.

o Ορισμένες συσκευές απαιτούν υψηλούς ρυθμούςμεταφοράς δεδομένων.

o Συχνά, ο ρυθμός καθορίζεται από τις ίδιες τις συσκευέςκαι ΌΧΙ από το μ/Ε.

o Έτσι, το υπολογιστικό σύστημα θα πρέπει να εκτελείτην είσοδο – έξοδο σύμφωνα με τη μέγιστη ταχύτητατης συσκευής.


37


o Σε περιπτώσεις στις οποίες απαιτούνται υψηλοί ρυθμοίμεταφοράς δεδομένων, χρησιμοποιείται απευθείαςπροσπέλαση της μνήμης DMA (Direct MemoryAccess).

o Η μεταφορά ενός byte (λέξης) μέσω των διαδρόμωνστου συστήματος ονομάζεται κύκλος μηχανής.

o Σε ένα κύκλο μηχανής κάποια από τις μονάδες τουσυστήματος που συνδέεται στο διάδρομο τουσυστήματος ελέγχει το διάδρομο.

o Η μονάδα αυτή ονομάζεται διαχειριστής (master) τουδιαδρόμου, κατά την διάρκεια αυτού του κύκλου και ημονάδα με την οποία επικοινωνεί μαζί ονομάζεταιυποτελής (slave).

INTERNET

http://en.wikipedia.org/wiki/Direct_memory_access


38


o Κανονικά διαχειριστής είναι ο μ/Ε, αλλά μπορείνα γίνει και μία μονάδα αφού στείλει στον μ/Εμια αίτηση απόκτησης του διαδρόμου (busrequest), όταν απαντήσει ο μ/Ε η μονάδαγίνεται διαχειριστής.

o Η μονάδα τοποθετεί διευθύνσεις στο διάδρομοκαι συντονίζει την δραστηριότητα του κατά τηνδιάρκεια ενός κύκλου μηχανής, (όπως ο μ/Ε).

o Μια μονάδα που μπορεί να γίνει διαχειριστήςείναι ο ελεγκτής DMA.

4.4 Λειτουργία απευθείας προσπέλασης μνήμης


40


o Ο ελεγκτής περιλαμβάνει (εκτός από τους καταχωρητέςκατάστασης και ελέγχου) άλλους δύο.

o Έναν για να κρατά την διεύθυνση της επόμενης θέσηςμνήμης.

o Και έναν στον οποίο αποθηκεύεται ο αριθμός τωνδεδομένων που πρέπει ακόμη να μεταφερθούν .

o Οι καταχωρητές αυτοί είναι θύρες Ι/Ο.o Αμέσως μετά την μεταφορά ενός δεδομένου οκαταχωρητής διεύθυνσης αυξάνεται ενώ τωνδεδομένων μειώνεται.


41


1. Η διασύνδεση της περιφερειακής συσκευής στέλνειστον ελεγκτή DMA μια αίτηση για εξυπηρέτηση.

2. Ο ελεγκτής ενεργοποιεί το σήμα για την απόκτηση τουδιαδρόμου (HOLD), ο μ/Ε ανταποκρίνεται με ένα σήμααποδοχής (HLDA) και ελευθερώνει τον διάδρομοδιευθύνσεων και ελέγχου όπου τον αποκτά ο ελεγκτήςDMA.

3. Ο ελεγκτής στέλνει στην διασύνδεση ένα σήμααποδοχής εξυπηρέτησης με το οποίο ζητά από αυτήνα τοποθετήσει ή να πάρει τα δεδομένα στον ή από τονδιάδρομο δεδομένων.


42



43


4. Το προς μεταφορά δεδομένο μεταφέρεται από ή προςτη θέση μνήμης που δηλώνεται στον διάδρομοδιευθύνσεων.

5. Στην συνέχεια αυξάνεται ο καταχωρητής διευθύνσεωνκαι μειώνεται ο καταχωρητής των δεδομένων κατά έναμέχρι να μεταφερθούν όλα τα δεδομένα.

o Αν ζητήσουν ταυτόχρονη εξυπηρέτηση δύο ηπερισσότερες συσκευές εξυπηρετούνται κατάπροτεραιότητα που έχει καθοριστεί σύστημα (υλικό ήλογισμικό ή σε συνδυασμό).


44



45


o Τρόποι μεταφοράς DMA.o Στην περίπτωση που πρέπει να μεταφερθεί μεγάληποσότητα δεδομένων σε μικρό χρονικό διάστημα τότε ομ/Ε αδρανοποιείται κατά την διάρκεια της μεταφοράςγια να επιτευχθεί ο μέγιστος ρυθμός μεταφοράς.

o Στις περιπτώσεις που δεν απαιτείτε μέγιστος ρυθμόςμεταφοράς ο ελεγκτής DMA και ο μ/Ε δουλεύουνπαράλληλα.

o Ο ελεγκτής κλέβει κύκλους μηχανής από τον μ/Ε για ναμεταφέρει δεδομένα σύμφωνα με τον τρόπο πουπεριγράψαμε. Τότε λέμε ότι έχουμε την μέθοδο κλοπήςκύκλου (cycle stealing).


46

4.5 Είσοδος και έξοδος ψηφιακώνδεδομένων σε μικροεπεξεργαστή

o Μια από τις κυριότερες λειτουργίες ενόςμικροεπεξεργαστή είναι η επικοινωνία μετο περιβάλλον.

o Θα αναφερθούμε σε απλές συσκευές μετις οποίες ο μικροεπεξεργαστής μπορεί ναανταλλάξει (εισάγει και εξάγει) ψηφιακάδεδομένα με το περιβάλλον.


47

4.5.1 Είσοδος δεδομένων

o Οι πιο γνωστές συσκευές με τις οποίεςεισάγουμε ψηφιακά δεδομένα στο μ/Ε, είναι οιμηχανικοί διακόπτες και πληκτρολόγια.

o Οι μηχανικοί διακόπτες χρησιμοποιούνται γιαχειρωνακτική εισαγωγή δεδομένων, στην αγοράυπάρχει ποικιλία διακοπτών.



49

4.5.1 Είσοδος δεδομένωνo Για να εισαχθούνδεδομένα σε έναμικρουπολογιστικόσύστημα θαπρέπει ηκατάσταση τουδιακόπτη ναμετατραπεί σεηλεκτρικό σήμασυμβατό με ταλογικά κυκλώματατου συστήματος


50


o Χρησιμοποιώντας μίααντίσταση (pull upresistor) μετατρέπουμετην τιμή ενός διακόπτησε σήμα συμβατό με τακυκλώματα TTL.

o Όταν ο διακόπτης είναικλειστός, (on) η τάσηστην έξοδο είναι 0volts.

INTERNET

http://en.wikipedia.org/wiki/Pull-up_resistor



4.5.1 Είσοδος δεδομένωνo Όταν είναι ανοικτός (off), ητάση στην έξοδό του είναιVout=5V-I*R (όπου I το ρεύμαπου απαιτείται από το φορτίοπου συνδέεται στην έξοδοτου διακόπτη).

o Η αντίσταση R περιορίζει τορεύμα που σπαταλάται ότανο διακόπτης είναι κλειστός καιδίνει τάση πάνω από 2,7 Vόταν είναι ανοικτός.

o Για να τους συνδέσουμε στονδιάδρομο δεδομένων θαπρέπει να βάλουμε και έναναπομονωτή τριώνκαταστάσεων (3-state buffer)


54

4.5.1 Είσοδος δεδομένωνo Όταν απαιτείται η εισαγωγή μεγάλου πλήθουςσυμβόλων, χρησιμοποιούνται συνήθως πληκτρολόγια.(keyboards, keypads)

o Σε κάθε πλήκτρο σχετίζεται με ένα συγκεκριμένοσύμβολο ή δυαδική τιμή.

o Όταν πατάμε ένα πλήκτρο, παράγεται ένας δυαδικόςαριθμός που αντιστοιχεί στο πλήκτρο αυτό.

o Επίσης τα πλήκτρα μπορούν να κωδικοποιηθούνχρησιμοποιώντας κωδικοποιητές.

o Ο κωδικοποιητής έχει και μία έξοδο που ενεργοποιείταιόταν κάποια από τις εισόδους του είναιενεργοποιημένη. Αυτή μπορεί να χρησιμοποιηθεί ωςσήμα διακοπής για τον μ/Ε


55


o Οκωδικοποιητήςκωδικοποιεί 8εισόδους σε 3 -ψήφιο κωδικό


56


o Τα πλήκτρα μπορούν ναδιαταχθούν σε μία μήτραπίνακα (matrix) πουσχηματίζεται από τηντομή των καλωδίων.(4*4=16 πλήκτρα).

o Ένα πλήκτρο αντιστοιχείστην τομή ενός κάθετουμε οριζόντιο σύρμα.


57


o Η ορθογώνια διάταξη χρησιμοποιείται όταν τοπλήθος των πλήκτρων είναι μεγαλύτερο, γιαμείωση του κόστους κωδικοποίησης.

o Για να αποφασιστεί αν έχει πατηθεί κάποιοπλήκτρο και να αναγνωριστεί το πλήκτρο αυτόακολουθείται η ακόλουθη διαδικασία.


58


1. Κάνουμε όλες τιςγραμμές του πίνακαλογικό ‘0’ καιανιχνεύουμε τις λογικέςτιμές στις στήλες.

o Αν μία ή περισσότερεςείναι ΄0΄ τότε έχειπατηθεί ένα ήπερισσότερα πλήκτρα.

0 1 1 1


2. Προκειμένου να αναγνωρίσουμε ποιο πλήκτροέχει πατηθεί, κάθε γραμμή (οριζόντιο σύρμα)γίνεται διαδοχικά ‘0’ ενώ όλα τα υπόλοιπαέχουν ‘1’.


3. Εξετάζεται κάθε ένα από τις στήλες (κάθετασύρματα) για να δούμε αν είναι λογικό ΄0΄. Ανείναι ΄0΄τότε ο δυαδικός αριθμός της γραμμήςκαι της στήλης προσδιορίζουν το πλήκτρο πουέχει πατηθεί.

4.5.1 Είσοδος δεδομένων. Κύκλωμαανίχνευσης

4.5.1 Είσοδος δεδομένων. keypads


63

4.5.2 Έξοδος δεδομένων

o Οι τρόποι με τους οποίους έναμικρουπολογιστικό σύστημα μπορεί ναπαρουσιάσει δεδομένα με οπτικό τρόποποικίλουν και είναι πάρα πολλοί.

o Από απλές λάμπες, LED (Light Emitter Diodes)έως 7 segment displays, οθόνες LCD κ.λ.π.

o Τα LED λειτουργούν σε χαμηλή τάση αλλάχρειάζονται αρκετό ρεύμα (10 mA) για νααποδώσουν ικανοποιητικό φωτισμό.

4.5.2 Έξοδος δεδομένωνo Δεν μπορούμενα τασυνδέσουμεκατευθείαν στηνέξοδο ενός Ο.Κγιατί μερικά Ο.Κδεν έχουναρκετό ρεύμα γιανα ταοδηγήσουν.

o Συνήθωςσυνδέουμεαπομωνωτέςπου μπορούν ναδώσουν μέχρικαι 24 mA.

4.5.2 Έξοδος δεδομένωνo Τα δεκαδικάψηφία και κάποιαγράμματα τουαλφαβήτουμπορούν νααπεικονιστούνχρησιμοποιώνταςSeven SegmentDisplays.

o Χρησιμοποιούνένα LED για κάθεένα από τατμήματα (a-g).

4.5.2 Έξοδος δεδομένων

4.5.2 Έξοδος δεδομένωνo Ένα seven segment

display μπορεί ναοδηγηθεί μεδιάφορους τρόπους.

o Εδώ έχουμε έναναποκωδικοποιητήBCD σε 7.

o Η άνοδος όλων τωνδιόδων είναισυνδεμένη απόκοινού στηντροφοδοσία των 5V.